借助實驗情境提升學生生物科學思維品質的研究

李 婷 賈亞蘭

(揚州市江都區大橋高級中學,江蘇 揚州 225211)

在高中生物教育體系中,實驗教學占據重要地位,教材內容中各類實驗的步驟、結論占據大量篇幅,新課程標準也重視對學生生物科學態度和思維的培養.通過開展實驗教學,學生能在實驗中探究得出重要知識結論,從實驗過程中思考問題,提升觀察能力、動手能力,學會以科學嚴謹的態度去發現、分析和解決問題.高中生物實驗教學對于學生的生物核心素養培養具有重要意義,幫助學生將生物科學思維落實于實踐,從理論和實踐雙方面提升學生的生物科學思維品質.

1 開展生物實驗教學對于培養生物科學思維品質的意義

1.1 激發學生生物研究興趣

在高中生物教學中,讓學生親自動手進行實驗操作才能使生物知識給學生留下深刻印象,激發其生物探索熱情和興趣.實驗操作突破教材講解這一平面的學習狀態,具有一定的趣味性,學生在其中大多保持高漲的學習熱情,能夠使學生在實驗課的教學中激發自身學習動力,更專注于知識內容的學習和記憶,培養學生投入生物研究的興趣.

1.2 提高學生科學創新能力

生物重要的知識結論都來源于科學家們的實驗創新,生物教育的目標在于培養高素質生物人才,自然也離不開對學生生物研究創新思維的鍛煉.通過實驗操作,學生能夠切身體會生物實驗的進行,從實際場景中觀察和研究實驗現象,思考實驗問題,在長期的鍛煉中逐漸掌握生物實驗的思維邏輯,提高創新能力.

1.3 培養學生嚴謹科學態度

在高中生物實驗課的教學中,學生能夠從嚴謹的實驗操作中感受生物科學探究的嚴謹態度,感受實驗操作中的科學性.教師在進行生物實驗教學時要先向學生提出生物實驗的基本準則以及使用生物實驗室內各種器材的規則方法,著重強調一些實驗當中的重要步驟操作不能出現任何差錯,潛移默化地向學生灌輸生物實驗的科學性、嚴謹性.通過高中生物的實驗操作,學生能夠逐漸理解生物實驗準則的要求,摸索生物實驗的科學規律,感悟體會生物實驗的嚴謹性、科學性.

2 實驗情境下提升農村高中生生物科學思維品質的策略建議

2.1 靈活選擇實驗材料

農村相較于城市,在經濟水平、文化認知方面都相對較差,資金、資源等都比較缺乏,對于農村高中學校而言,大部分農村學校的硬件條件都較差,在實驗教育上可投入的資金都相對短缺.開展生物科學實驗需要大量的實驗設備和實驗藥品,這些材料通常都十分昂貴,許多實驗器材和藥品材料的儲存條件也較為苛刻,需要專門的儲存空間和實驗場所來確保其能夠正常使用.另外,許多生物實驗所需要的器材還必須實時確定其狀態,及時檢查檢修.種種實驗開展的客觀條件都要求學校具備充足的資金與人力來維持和管理,而農村學校的教育資金狀況往往無法維持良好的實驗條件,無法為學生創造優質的實驗環境,導致能直接接觸生物實驗操作的學生數量大大受限[1],學生生物科學思維品質素養的提升也面臨一定阻礙.因此就要求教師在教學時盡力尋找一些實驗材料的替代品來改進實驗材料,采用生活中可找到的材料來進行生物實驗.例如“制作DNA雙螺旋結構模型”的實驗中,教師可以選擇塑料泡沫、彩色塑料片或硬紙片、鐵絲、曲別針、橡皮泥等生活中常見的、易獲得的材料作為實驗道具,按照教材要求來制作相應模型,完成實驗.還有“用高倍顯微鏡觀察葉綠體”的實驗教學,這一實驗需要用到實驗材料黑藻,但是黑藻獲取途徑少需要單獨購買,增加教學成本,基于這一因素可以使用菠菜來代替黑藻進行觀察實驗.在觀察細胞時還可以對菠菜不同位置的細胞進行觀察對比,判斷不同位置葉綠體的分布狀況,既不干擾實驗的正常進行,還能從中思考不同因素對于實驗結果的影響.

2.2 改進創新實驗方案

創新設計的實驗方案需要符合學生的真實操作水平,控制適當的實驗操作難度,安排合理的實驗進行時間,提高實驗的可操作性,減少學生對于實驗操作學習的畏難心理,提升學生對于生物實驗教學的接受度和參與度,力求在激發學生實驗學習熱情的基礎上,掌握豐富生物知識,提高其生物實驗技能[2].例如,在“酵母菌呼吸方式”的實驗中,對實驗裝置的氣密性要求很高,實驗中的有氧條件和無氧條件需要操作者嚴格控制,在完成操作觀察現象時需要檢測二氧化碳濃度和有無酒精,二者的檢測難度都較大.常規的實驗方案實施具有一定的困難,由此可以適當創新實驗方案,在嚴格保持實驗裝置氣密性的基礎上利用酶的高效性,采用過氧化氫分解制取氧氣的方法創造有氧條件;可以采用較小的注射器使二氧化碳變化表現更明顯,并且實時觀測注射器刻度的變化情況,更直觀地觀測到二氧化碳生成的快慢情況.通過調整實驗方案,合理降低實驗進行難度,為實驗順利進行創造條件,同時也是對學生思維靈活性、創新性的培養,鼓勵其在生物學習中大膽創新,通過實際的實驗操作,學生能夠充分發揮主觀能動性,自覺地進入生物學習狀態,實際操作時學生大多會將課堂學習目標轉移至實驗的順利進行,在實驗過程中遇到困難知識時能夠積極回顧和學習實驗涉及的知識點,從而促進學生自覺深入探索思考,提升其思維品質的創新性和深刻性.

2.3 組建不同實驗小組

受限于硬件資源的短缺和信息來源的閉塞,很多情況下農村生物課堂無法保證在每個實驗中所有學生都能動手參與,針對此情況,教師可以采取劃分實驗小組的方式來提升學生對實驗的認識理解.為保證學生在實驗中的學習效果,提高學生在實驗學習中的參與度,在面對兩個相似的實驗時可以組建兩個不同的實驗小組,分別進行不同的實驗,在兩個實驗小組下再細致劃分每位小組成員,確保每位學生都能參與到實驗操作中來.例如“探索生長素類似物促進插條生根的最適濃度”的實驗中,該實驗需要探究“生根數”和“平均生根長度”兩方面的變量實驗[3],但是兩種因變量的實驗操作大致是類似的,因此教師就可以在進行此實驗時將學生劃分為兩個大組,分別進行兩種實驗因變量的探究.在不同的實驗探究中,學生積極對比與其他人的實驗結果,從中更好地掌握生物實驗和學習的規律,進而培養實驗素養和獨立性思維品質.

2.4 拓展延伸現有實驗

教師可以基于現有的實驗條件,通過改變一些實驗步驟豐富實驗情境,創造多元思考的問題,使有限的實驗資源發揮更大的教育價值.例如研究植物細胞吸水和失水的實驗,在進行實驗時首先按照教材中給定的0.3 g/mL濃度的蔗糖溶液開展,在完成了這一濃度的實驗后,教師可以引導學生改變蔗糖溶液的濃度,配置多個濃度的蔗糖溶液,再按照教材規定的實驗步驟進行操作,觀察并記錄不同蔗糖濃度下細胞的質壁分離情況,以及滴加清水后細胞的復原狀況.在單一的生物實驗中改變實驗變量狀況,得出結論來更深入地驗證已知結論,通過對現有實驗的延伸拓展來深化學生的思考,培養學生的探究意識[4].學生在實驗中獲得充實的知識體驗,生物實驗課為學生的創新性發展創造不可替代的客觀條件,使其有機會在科學的邏輯和豐富的科學知識指導下對實驗操作進行實際性的創新,或基于切身實驗認識進行創新性思考,極大程度地開拓學生多元發展的空間,培養思維品質的靈活性.

2.5 構建科學評價體系

對于高中學生而言,其自身對于生物實驗的認知理解就比較淺層,在許多高中學生的認知里,生物實驗與實際生活和學習的關系都較為遙遠,認為生物實驗僅僅是教材內容的實體化版本,自身的學習任務僅停留在掌握實驗結論理論層面,是否動手做實驗以及實驗結果如何對于他們而言都不重要,只關注知識點的記憶學習以及考試分數的提升,意識不到實驗操作過程對于個人發展的深層意義.還有許多學生在有條件參與生物實驗操作時,不重視實驗操作,不嚴格要求自己,對實驗課的態度較為敷衍,實驗課在這些學生面前僅僅是教師布置的實踐任務,而看不到其對自身生物科學思維品質培養的意義,認識不到實驗學習對于自身生物核心素養以及綜合學習能力鍛煉的深層次意義.針對生物實驗教學,教師的教學評價體系也應當更適用于實驗成果的考查,完善教學評價體系,使其更符合學生實際學習水平,提高學生對于實驗學習的重視度以及參與度.對于學生的實驗進程,教師可以采取多元化的評價方案,如小組自評與互評結合,教師進行最終審核補充評價.小組自評互評后,學生要積極發現自己實驗方案和步驟中的問題并調整修改獲得解決方案,最終得出完整實驗方案提交給教師.教師也要盡量對學生的實驗方案做出正面評價,發掘其在實驗中的創新意識和科學態度,培養學生的科學研究興趣,促進學生在長期的實驗學習鍛煉中逐漸養成嚴謹的科學態度,培養生物科學研究必不可少的科學觀念,提升其生物批判性思維,提高生物核心素養.

綜上所述,在實驗實踐不斷被重視強調的今天,高中生物教師必須意識到生物實驗操作的重要性,重視學生的科學思維品質培養,發掘生物實驗中蘊含的科學素養,提高學生生物學習能力,培養學生科學研究意識.